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Genauigkeit von Quecksilberthermometern bei strahlungsintensiver Witterung (mit Fragen an die Experten) ...
geschrieben von: Olaf aus Bauersdorf, Kreis Plön, 60m (IP-Adresse bekannt)
Datum: 10. August 2015 17:24

Hallo,

bisher habe ich für die Kalibrierung meiner Sensoren immer ein Quecksilberthermometer mit Kalibrierschein des Herstellers verwendet. Ob die werkseitige Kalibrierung noch gültig ist, habe ich jeweils im Winterhalbjahr mit dem Eispunkt (tiefer weißer und tauender Schnee) überprüft. Mit diesem Thermometer bin ich somit in der Lage, nach Anbringung der Korrekturwerte, die Temperatur des Quecksilbers im Glas mit einer Genauigkeit von etwa 0,05 K zu bestimmen.

Nun wird dieses Thermometer dazu verwendet, den Kabelsensor eines Messfühlers (Es handelt sich um den Kabelsensor für die Nexus) zu kalibrieren. Um Strahlungsfehler auszuschließen, befestige ich den Messfühler mit einem Gummiband am Quecksilberthermometer und schwenke beide vorsichtig in einer gut durchmischten Flüssigkeit, die sich in einer Thermoskanne befindet. (für t < 0 °C habe ich Frostschutzmittel für die Autoscheibe genommen). Durch die Öffnung der Kanne noch eindringende Strahlung dürfte keine messbare Temperaturänderung in den Thermometern mehr bringen, da Wasser einen sehr hohen Emissionsgrad von 0,98 aufweist und für Infrarotstrahlung somit undurchsichtig ist. Außerdem sorgt das Schwenken für einen thermischen Ausgleich über die Bewegung.

Während man mit Messungen in Luft für eine brauchbare Kurve sehr viele Datenpunkte braucht, erhält man bei Messungen im Wasser schon mit wenigen Messungen eine sehr brauchbare Verbesserungsgleichung, die bei mir dann so aussieht:

http://www.hansewetter.de/bilder/2015.Nexus-CH1.Verbesserungsgleichung.png

Den so kalibrierten Kabelsensor kann man dann in die Wetterhütte bringen, um die dort befindlichen anderen Sensoren zu kalibrieren. Da die Messdaten der Sensoren automatisch geloggt werden, erhält man nach einigen Wochen einige Tausend Datenpunkte (bei minütlicher Messung).

Nun kommt die Überraschung: In meiner Wetterhütte befindet sich eine kleine Öffnung, durch die das Quecksilberthermometer exakt in den Luftstrom der ventilierten Kammer im Innern der Hütte eingeführt werden kann. Das Quecksilberthermometer und der kalibrierte Kabelsensor laufen im Medium Luft auseinander, oder anders ausgedrückt: Die Kalibrierung stimmt nicht mehr! Bei 20 °C müsste die Verbesserung des Kabelsensors (siehe Bild) zum Quecksilber -0,3 K betragen, sie beträgt aber +0,2 K. Der Vergleich lässt sich gut durchführen, da die beiden Thermometer in etwa die gleiche Ansprechzeit haben. Die Differenz lässt sich wohl nur über Strahlungsfehler erklären. Entweder ist das Quecksilber wärmer als die Luft oder das Metall des Kabelsensors ist kälter als diese. Vielleicht sind auch beide wärmer, nur dann eben das Quecksilber deutlich mehr.

Jetzt kommen meine Fragen:

1.) Welchen Einfluss hat die Strahlung auf den Teil des Quecksilberthermometers, der außerhalb der Hütte verbleibt (das sind etwa zwei Drittel aber natürlich nur ein Bruchteil des Quecksilbers)? Ist der Einfluss vernachlässigbar?

2.) Kann es daran liegen, dass im Infrarotbereich der Emissionsgrad von Metall (Kabelsensor) niedriger ist als der von Glas und damit der Glaskörper des Quecksilberthermometers mehr Wärmestrahlung von den Hüttenwänden absorbiert? Somit wäre das Quecksilber zu warm.

3.) Kann man das irgendwie mit einfachen Mitteln messen und könnte man, sofern man die Punkte 1 und 2 auseinander rechnen kann oder auch schätzen kann, den Strahlungseinfluss bestimmen?

Grüße aus der Holsteinischen Schweiz
Olaf

(Takt: 22,0 °C • stark bewölkt)



2-mal bearbeitet. Zuletzt am 10.08.15 17:37.



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